网络时代,卫星导航系统的重要性已不言而喻。发生于1993年,被国人称为中国现代外交史上“三大屈辱事件”之一的“银河号事件”,就是我们受制于美国的GPS导航系统,使得该事件成为中国人的一个耻辱。
1993年7月7日,中国远洋运输公司广州公司的集装箱货轮银河号从天津新港出发,预计行程27天,于8月3日抵达波斯湾,将船上600多个集装箱的货物交付中东客户。
7月23日,美国突然宣称已掌握银河号上载有运往伊朗的违禁化学品的确切证据,要求中国采取措施或让美国方面登船检查,否则将依其国内法制裁中国。
银河号是已注册的可进行正常国际贸易的远洋货轮,当时也正处于印度洋公海,自然不会答应美方的无理要求。在遭到拒绝后,美国立刻关闭了银河号所在海域的GPS定位系统,让银河号完全失去方向。
没有了GPS,银河号只能依靠惯性定位走走停停,美方则不断地派遣军舰、直升机甚至战斗机对银河号进行近距离跟踪监视,同时向周边国家港口派出军舰,阻止银河号停港。
我国与美国多次交涉无果,只得于8月28日派出以外交部国际司副司长沙祖康为组长的检查团一行16人登上银河号,会同美国和沙特检查人员对银河号上628个集装箱逐一进行检查。
9月4日下午,仍未查出违禁化学品的美国人不得不在《调查报告》上签字,此后也赔偿了因此给银河号造成的损失1042万美元。
到4号这天,银河号已在海上漂了57天。所以事情虽然得到解决,中方人员却没有胜利的喜悦,沙祖康则连用17个“窝囊”来表达当时的感受。
这位被称为中国“外交三宝”之一、有着超强谈判能力的联合国前副秘书长都有如此感受,难怪“银河号事件”会被网友称为“三大屈辱”之一。
一个主权国家的货轮,在公海上无端被美国逼停并被迫接受检查,只是因为国家不够强大,没有航母、军舰护航吗?
不尽然,还有一个重要原因,就是高度依赖GPS对船舶进行精准定位的现代航海设备,在没有了GPS以后,根本无法完成航行。
后来发生的另一件事,让中国更加明白拥有自己的卫星导航系统的重要性。
1996年台海局势紧张,解放军在东海海域的军演中发射了3枚导弹。结果除了第一枚导弹命中目标,其它2枚突然无法实现目标追踪,最终偏离轨道,落到原定地点之外。
事后有分析称,导弹未能击中目标,极有可能是GPS突然中断造成的。
无独有偶,2008年,俄罗斯和格鲁吉亚发生冲突,部分投入战区的俄军车辆GPS信号丢失。
从以上事件能看出,掌握在美国人手中的GPS卫星导航系统,成为它打压其他国家的一个重要手段,在你需要的关键时刻给你关停,迫你就范。
多起事件让中国意识到拥有自己的卫星导航系统的重要性,否则莫说高精度的GPS军码美国不给用,就连精度低的民码,美国不也说停就停?完全控制在美国军方手中的GPS,对中国来说是绝对靠不住的。
意识到卫星定位系统重要性的不只有中国,还有欧盟。
上世纪90年代末,时任法国总统希拉克曾说:
“没有‘伽利略’,欧洲将不可避免地成为美国的附庸,首先是科学和技术,其次是工业和经济。”
“伽利略”,是当时欧盟正在筹备的卫星导航计划。
可是伽利略投资巨大,欧盟财政很难负担,便邀请对卫星导航也有迫切需求的中国加入。双方一拍即合,很快签署合作协议。
按协议约定,中方将注入2亿欧元。中方很快给伽利略投入第一笔资金7000万欧元。这对于90年代的中国来说,无疑是一笔巨款,由此能看出中方合作的诚意和对卫星导航的迫切。
就在我们对拥有“伽利略”的未来充满憧憬时,美国又出现了——中国和欧盟的合作让它感到很不安,认为这将削弱其对欧洲各国的控制。
来自美国的压力很快让欧盟妥协。
不能主动撕毁协议,欧盟就不断给中方制造困难——
先是规定中国等其他非欧盟参与国只能使用伽利略系统的非加密信号,接着又取消了中方在该计划中的表决权,之后更是加变本加厉地以知识产权为理由,把中国企业踢出竞标。
一系列操作,让已经拿出巨款的中国,待遇还不如后来加入的印度和日本。
至此,中国也才明白,与其出钱出力落不到好,还不如全力投入研究出自己说了算的导航系统。于是就有了今天的“北斗卫星导航”。
1994年,第一代北斗一号工程开始研制。按照中科院陈芳允院士提出的“双星定位”思路,就是把地球的中心当作一个虚拟的卫星,只要再发射两颗静止轨道卫星,配合精确测定的地面站坐标,就能实现卫星定位。
2000年,我国发射了两颗静止轨道卫星,北斗一号建成并投入使用。
2004年,北斗二号工程投入建设,到2012年年底完成14颗卫星发射组网。
2009年,北斗三号系统投入建设,于2020年6月建成。
到2023年12月,我国已成功发射58颗北斗导航卫星,服务于全球200多个国家和地区的用户。
截至2020年,中国卫星导航产业总体产值已突破4000亿元。预估到2025年,中国北斗产业总产值将达到1万亿元。
上面简单概括了我国北斗卫星导航的发展历程,这其中饱含了太多人的心血和汗水,也有很多令人振奋的亮点。
比如在北斗二号的研制中,我国就已突破原子钟这一关键器件的国外垄断。
原子钟是一种计时装置,精度可达到每2000万年仅误差1秒,普通人用不到,但对于科学研究和国防建设来说有重大意义。
举个例子。
建造跨海大桥时,多台起重机在上千米的作业面同时吊装箱梁,就要保证它们在起落的时间上分毫不差,否则时间上相差毫厘,对接精度就可能出现很大偏差。而北斗系统授时的星载原子钟,同步精度性可达到纳秒级(一纳秒为一秒的十亿分之一),完全胜任此项工作。
北斗二号立项之初,中国原子钟技术非常薄弱,产品需要从瑞士进口,不仅价格昂贵,核心技术还掌握在别人手中,这导致中国的卫星导航系统存在巨大安全隐患。
因此,中科院武汉物理与数学研究所、中国航天科技集团中国空间技术研究院、中国航天科工集团二院203所等单位联合,对星载铷原子钟一系列关键技术开展攻关。
经过反复摸索、仿真、验证、调试,2005年,国产星载铷原子钟工程化初样鉴定机交付。北斗二号用上了国产原子钟,其性能与进口相当,能够达到百万年相差一秒的精度。
北斗系统工程副总设计师、北斗三号工程卫星系统总设计师谢军曾这样评价国产星载铷原子钟:“时至今日,经过大量卫星在轨运行状态的检验测试,可以说,国产的原子钟已经达到国际先进水平。”
在北斗二号研发过程中,还出现了一个小插曲。
前面说过,中国当时被欧盟排挤出伽利略计划。当时除了美国的GPS系统和俄罗斯的格洛纳斯系统,其他有卫星导航的国家并不多,尚不存在争夺频率资源的问题。
及至北斗二号和伽利略建设的时候,导航频段争夺战就进入白热化状态了。
为此,国际电联规定,一个卫星导航系统向国际电联提出占用某频段的申请后,应在7年内有卫星实际使用该频段,否则申请视为无效。
这个规定看似公平,实际上是为发达国家量身定做的。美国、俄罗斯等发达国家的卫星导航起步早,已经把最好的无线电频段给占了,那些连航天技术都没有的小国,卫星都发射不了,还谈什么频段?
而中国和欧盟刚开始建设,也都有实际需求,但剩余的可用频段十分紧张,好用的频率已经不多了,如果想用,就必须争分夺秒地抓紧研制,争取在欧盟之前让卫星上空。
国际电联公布的中国申请日期为2000年4月17日,结果到2007年4月14日,北斗二号系统第一颗卫星提前发射并成功入轨。
但入轨还不是终点,还得接收到卫星信号。4月17日,多家研发单位聚集在接收机前焦急等待。终于,接收屏幕上出现一道亮光,这是北斗二号首星传来的导航信号。此时,距离申请失效的最后期限,只剩下不到4个小时。频段保住了。
对于中国的举动,欧盟并不服气。
欧盟的申请时间为2000年6月4日,虽然晚于中国,但欧盟却于2005年12月28日率先发射了试验卫星并传回信号。因此欧盟认为他们有优先使用权。
其实,中国卫星发射晚于欧盟,并不是技术不行,而是之前在伽利略的研制上耽误了时间。另外,根据国际电联申请频率第二条规定“如果多方申请同一频率,各方需要协调”。因此中方认为自己仍有权占据这一频段。
双方争持一段时间后,戏剧化的结局来了。
爆发于2008年10月的全球债务危机,让欧盟财政困难,伽利略系统的研制随即陷入停滞状态。
到2012年底,伽利略只发射了6颗卫星,而北斗二号已经发射了16颗,并开始为亚太区提供定位服务。在这种情况下,欧盟意识到继续争执已无意义,双方最终在2015年达成了频率共用协议。
频段争夺战之后,中国在北斗三号系统的研发上又进了一步——使用了全球最先进的“星间链路”机制。
之前的卫星导航往往需要地面控制站的配合,成本高,建设难度大,要实现全球覆盖就更难了。
而“星间链路”可以做到卫星之间互相通信,大大弥补了缺乏地面站的短板。
诚然,今天的北斗系统在部分性能上,例如西半球定位精度,还不如GPS,但这种落后更多的是起步晚、黄金频率被占用、市场小、地面监测站不足等客观因素造成的。
与此同时,北斗系统在许多方面,已经把GPS甩在身后。例如,GPS使用双频信号,单向接收,而中国北斗系统是三频信号,双向接收。GPS没有短报文通信收发功能,北斗系统则支持短报文收发。
对于这项功能,“北斗女神”徐颖曾有一个比喻:
“假设一个人流落荒岛,如果只有GPS,他知道自己在什么位置,却无法通知别人来救援;如果用的是北斗,他既知道自己在哪,还能把位置发送到方圆几十、几百甚至上千公里之外。”
实际上,初代北斗系统就具备了区域短报文功能。这项功能在汶川大地震救援中发挥了很大的作用,救援部队利用短报文发出来自灾区的第一条信息。
后续的北斗系统进一步加强了这项功能,从只可以发送120个汉字,提高到现在的1 200个汉字,还可以发送图片信息。
基于这项功能的便利性,北斗用户甚至进行了许多应用层面的再创新:有渔民以短报文互通渔情,提高捕鱼效率;甚至还有渔民把它当成了闲暇时打发时光的聊天软件。
当然,不只是渔业,北斗导航的应用几乎涉及各个领域,在交通、农林渔、防灾救灾、公共安全、电力、金融、建筑以及可穿戴设备等诸多方面都有广泛应用。
目前,中国正在酝酿下一代卫星系统建设。到2035年,我们将完成下一代北斗系统的组网工作,初步构建高精度、高智能、高安全、高效益、基准统一、覆盖天空地海的时空信息服务基础设施。
新一代系统将会在导航、星基增强、精密定位、星间链路等方面进一步提升能力,更好地融入国家网络信息体系。届时,卫星导航系统将只是这个体系的组成部分之一,我们将真正做到无处不在的导航定位。
卫星导航,这项由美国开创出的前沿技术,终将迎来新的领军者,中国北斗的未来必将更加闪耀。